안전밸브 분출 Case, Closed Outlet

오늘은 안전밸브 분출 Case중 Closed Outlet에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

정상운전 중 Pressure equipmet의 Outlet에서 의도치 않게 밸브가 닫히는 경우, Equipment의 설계압력 이상으로 내부 압력이 초과하는 경우가 발생할 수 있습니다. Manual Valve, Control Valve등 현장에서 설치된 모든 밸브는 휴먼에러나 오동작등으로 의도하지 않게 작동할 수 있다고 간주되어야 합니다. 만약 Equipment의 Outlet Valve가 의도치 않게 Close되어 압력이 설계압력이상으로 올라갈 수 있다면 PRD(Pressure Relief Device)를 설치하여야 합니다. 설비의 설계압력을 Closed Oulet 발생하였을 때의 최대압력보다 높게하면 PRD는 별도로 설치하지 않아도 되며, 설비 사이 Block Valve를 제거함으로써 PRD 설치수량을 줄일 수 있습니다. 대신 설계압력을 높게 가져간다는 것은 그만큼 두꺼운 철판을 가지고 설비를 제작해야하니 비용이 많이 소요될 것입니다.

□ Pump관련 고려해야할 사항

원심펌프(Centrifigul Pump)의 경우 후단 밸브가 Close되더라도 Pump shut-off pressure 이상으로 압력이 상승하지 않으므로 펌프와 펌프후단 배관 및 설비의 설계압력을 펌프의 Shut-off pressure 이상으로 설계한다면 PRD를 설치하지 않아도 됩니다. 용적형 펌프(Positive displacement pump)는 펌프나 펌프 후단의 설비를 보호하기 위하여 PRD가 필요합니다.

참고로, 원심펌프의 Shut-off pressure는 펌프 Suction Nozzle에서의 최고운전압력에 펌프 Performance curve에서 유량이 '0'일 때 압력을 더하여 구할 수 있습니다. 만약 관련 Data가 없다면 일반적으로 Pump shut-off pressure = Max operation suction pressure + Differential pressure × 1.25 or Max design suction pressure + Differential pressure 로 산정합니다.

□ 왕복동 Compressor 관련 고려해야할 사항  

압축기 단사이에 Block Valve가 없더라도 각 단의 Cooling Failure에 따른 과압을 해소하기 위하여 PRD설치가 필요할 수 있습니다. 가능성은 낮지만 압축기 Downstream stage 중 하나의 내부 고장이 발생할 수 있습니다. Downstream Stage 압축의 상실은 기본적으로 모든 가스의 압축 작업을 이전 단계로 이동시킬 것입니다. 그래서 과압을 방지하기 위해 각 Stage간 설치되는 PRD의 Size는 각 Stage 설계 압력에서 유량 조건을 반영하여야 합니다.

☞ 정변위 다단 압축기의 경우 각 단마다 PRD 설치하는 것을 고려하라는 의미입니다.

□ Closed Outlet Case에서 Relieving Rate(필요분출용량) 계산

안전밸브의 필요분출용량은 과압을 발생원과 보호되는 시스템 사이의 연결배관의 마찰압력 강하가 미치는 영향을 고려한 Relieving condition에서 결정되어야 합니다. 아래 그림은 용적형 펌프를 이용하여 유체를 이송하는 시스템에 펌토출배관에 설치된 Block Valve가 Close 되었을 때를 대비한(Closed Outlet Case) 안전밸브 설치 그림이며, Relieving Rate는 펌프의 Rated Capacity인 400kg/hr로 산정한 예입니다.

 

방출 하중을 결정하기 위해, 수동 또는 원격 작동 밸브가 정상적으로 개방되어 우발적인 폐쇄 또는 고장 시 작동하며 일차적인 고장 원인에 영향을 받지 않는 경우 정상 작동 위치에서 작동 중인 것으로 가정할 수 있다. 복수의 밸브에 동시에 영향을 미칠 수 있는 공통 모드 고장 가능성(예: 제어 시스템, 전기 장비 등)을 점검하여 밸브가 독립적이며 일차 고장의 영향을 받지 않도록 해야 한다.

완화될 재료의 양은 정상 작동 조건 대신 완화 조건에 해당하는 조건에서 결정되어야 한다. 이러한 조건의 차이를 고려할 때 요구되는 완화율은 종종 눈에 띄게 감소한다. 또한 요구되는 완화율을 결정할 때 과압 발생원과 보호되는 시스템 사이의 연결 라인의 마찰 압력 강하가 미치는 영향을 고려해야 한다.